СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 2006 года по МПК C02F9/08 C02F1/22 C02F1/36 C02F103/04 

Способ очистки воды относится к физической обработке воды, а именно к получению питьевой воды, отвечающей гигиеническим требованиям.

Известен способ очистки сточных вод от эмульгированных масел (а.с. №975582, БИ №43, 1982 г.), включающий экстракцию и фильтрацию, причем перед экстракцией проводят замораживание воды до температуры минус 5°С - минус 15°С, а затем ее оттаивают.

Недостатком данного способа является низкая эффективность очистки воды, т.к. он не обеспечивает очистки воды от примесей и спор бактерий и грибов.

Техническим результатом заявляемого способа очистки воды является повышение степени очистки воды.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе очистки воды, включающем замораживание и оттаивание, замораживание сначала проводят до перехода 4-5 мас.% воды в твердую фазу, которую удаляют, а оставшуюся часть воды замораживают, подвергая гидродинамической кавитации, до полного перехода в твердую фазу, после чего центральную часть воды удаляют в количестве 4-5 мас.%.

При использовании кавитации в воде в местах неоднородности среды происходят разрывы сплошности потока с образованием парогазовых пузырьков - короткоживущие парогазовые каверны. Скорость их схлопывания очень высока, и в микроокрестностях этих точек возникают экстремальные параметры: высокая температура и, прежде всего, высокое давление. В качестве неоднородностей жидкой среды при этом выступают споры бактерий и грибов, которые при кавитационном взрыве (имплозии) оказываются в центре схлопывания. В результате вблизи точек схлопывания полностью уничтожается патогенная микрофлора, даже такие споры грибов, как Aspergiliuss niger, которые вообще не уничтожается ни ультрафиолетом, ни озоном.

Кроме этого использование кавитации способствует перемещению примесей с более низкой температурой замерзания, чем чистой воды, в центральную часть объема. Поэтому удаление замороженной воды из центральной части обеспечивает удаление вместе с ней и всех вредных примесей. А так как согласно Сан ПиНу 2.1.4.1116 - 02 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества» в зависимости от качества воды ее подразделяют на 2-е категории: первую и высшую, т.е. наличие вредных веществ, отделяющих их друг от друга, составляет 8-10 мас.%, то удаление этого общего количества примесей дает возможность из питьевой воды первой категории получить воду высшей категории. Таким образом, если удалять менее 8 мас.% воды с примесями, мы не сможем получить воду высшей категории из воды первой категории, не достигнув необходимого качества, а более 10 мас.% экономически не выгодно, т.к. целью не является получение абсолютно чистой воды.

Способ очистки воды осуществляют следующим образом. Воду, предназначенную для очистки с исходными показателями, отраженными в таблице, помещают в рабочую камеру, и с помощью хладагента, например фреона, температуру воды понижают. Когда на поверхности воды образуется корка льда в количестве 4-5 мас.% (для примера 1-4%; для примера 2-4,5%; для примера 3-5% см. табл. 1 и 2), содержащая примеси с температурой замерзания выше, чем у чистой воды, ее удаляют, после чего включают источники кавитационного поля. Исходящие ультразвуковые волны под действием сил поверхностного натяжения создают разрывы, принимающие форму пузырьков. В момент захлопывания кавитационного пузырька возникает мощная гидравлическая ударная волна, которая оказывает разрушительное действие на органические соединения и микроорганизмы. Под действием кавитации происходит разрыв оболочки микробной клетки и разрушение ее структуры, а также полная гибель патогенной флоры. При этом возникновение экстремальных параметров, т.е. повышение температуры и давления, позволяет концентрировать примеси в центре камеры.

Для усиления процесса разрушения комплексов в камеру может быть помещен барботер, через который подается сжатый воздух. Причем его включают одновременно с источником кавитационного поля и выключают после того, как вода начнет переходить в твердую фазу. Т.к. температура и скорость замораживания воды значительно превышают повышение температуры, происходящее в результате кавитации, то источник кавитационного поля остается включенным до того, как вода полностью перейдет в твердую фазу (лед), после чего замораживание прекращают. Затем удаляют центральную часть замороженной воды с примесями в количестве 4-5 мас.% (для примера 1-4%; для примера 2-4,5%; для примера 3-5% см. табл.3 и 4). Оставшуюся часть воды оттаивают и направляют на дальнейшее использование.

Данные результатов опытов приведены в таблицах 1, 2, 3, 4. Таким образом, по сравнению с прототипом, который практически не производит микробиологической очистки, данный способ позволяет провести полную очистку питьевой воды до высшей категории.

Таблица 1ПоказателиЕдиницы измеренияПоказатели качества водыКласс опасностиисходнойпри удалении поверхностной замерзшей воды в количестве мас.%по прототипу44,5512345678а) показатели солевого и газового составаСиликаты (по Si)мг/л14,011.09,410,2122Нитраты (по NO)-"-26,022,09,08,6223Цианиды (по CN^-)-"-0,0450,0370,0350,0360,0402Сероводород (H₂S)-"-0,0050,0040,0030,0040,00446) токсичные металлы:Алюминий (Al³⁺)мг/л0,330,280,190,230,242Барий (Ва²⁺)-"-1,20,70,30,40,92Берилий (Be²⁺)-"-0,000310,000250,000160,000220,000231Железо (Fe, суммарно)-"-0,380,340,290,300,333Кадмий (Cd, суммарно)-"-0,002100,001500,000960,009900,001601Кобальт (Со, суммарно)-"-0,210,140,090,110,122Литий (Li⁺)-"-0,0410,0360,0300,0330,0362Марганец (Mn, суммарно)мг/л0,0600,0540,0470,0530,0553Медь (Cu, суммарно)-"-1,41,200,951,101,13Молибден (Мо, суммарно)-"-0,0830,0770,0690,0710,0742Натрий (Na⁺)-"-28024026272102Никель (Ni, суммарно)-"-0,0330,0270,0140,0250,0253Ртуть (Hg, суммарно)-"-0,000700,000580,000250,000490,000601Селен (Se, суммарно)-"-0,0260,01300,00980,01400,01702Серебро (Ag⁺)-"-0,0350,02700,00250,00260,0303Свинец (Pb, суммарно)-"-0,0120,0090,0060,0080,0102Стронций (Sr²⁺)-"-8,87,27,07,17,52Сурьма (Sb, суммарно)-"-0,00670,00550,00490,00530,00602Хром (Cr⁶⁴)-"-0,0610,0570,0380,053 3Цинк (Zn²⁺)-"-864563в) токсичные неметаллические элементы:Бор (В, суммарно)мг/л0,610,570,380,470,522Мышьяк (As, суммарно)-"-0,0190,0110,0080,0090,0142Озон***-"-0,240,1700,0980,1500,1303г) галогены:Бромид-ионмг/л0,320,270,200,240,262Хлор остаточный связанный-"-0,180,140,100,120,123Хлор остаточный свободный-"-0,090,070,060,070,063д) показатели органического загрязнения:Окисляемость перманганатнаямг O₂/л4,23,22,62,83,5-Аммиак и аммоний-ион-"-0,210,170,060,120,17-Нитриты (по NO₂)-"-0,90000,57000,00590,0100,55002Органический углеродмг/л12126810-Поверхностно-активные вещества (ПАВ), анионоактивные-"-0,0720,0580,0460,0570,062-Нефтепродукты-"-0,070,060,020,040,057-Фенолы летучие суммарно)мкг/л0,70,60,40,50,54Дибромхлорметан-"-121424119Формальдегид-"-7,26,05,05,96,12Бенз(а)пирен-"-0,00630,00580,00140,00260,00542Дп(2-этилгексил)фталат-"-6,47,00,40,6572,4-Д-"-1,51,20,91,01,27ДДТ (сумма изомеров)-"-0,70,70,40,60,67Симазим-"-0,30,40,20,30,34е) комплексные показатели токсичности:По NO₂ и NO₃единицы0,510,500,080,100,43-По тригалометанов-"-0,5800,5900,0880,1100,51-

Таблица 2ПоказателиЕдиницы измеренияПо прототипуПоказатели качества воды при удалении поверхностной замерзшей воды и в количестве мас.%исходной4,04,55,0Микробиологические и паразитологические показатели а) бактериологические показатели:ОМЧ при температуре 37°СКОЕ/мл2324242022ОМЧ при температуре 22°С 120125120105110Общие колиформные бактерииКОЕ/100 млотсутствие в 250 млотсутствие в 250 млотсутствие в 280 млотсутствие в 300 млотсутствие в 290 млТермотолерантные колиформные бактерииКОЕ/100 млотсутствие в 250 млотсутствие в 250 млотсутствие в 280 млотсутствие в 300 млотсутствие в 290 млГлюкозоположительные колиформные бактерииКОЕ/100 млотсутствие в 250 млотсутствие в 250 млотсутствие в 280 млотсутствие в 300 млотсутствие в 290 млСпоры сульфитредуцирующих клостридийКОЕ/100 млотсутствие в 15 млотсутствие в 15 млотсутствие в 15 млотсутствие в 20 млотсутствие в 20 млAspergiliuss nigerКОЕ/100 млотсутствие в 20 млотсутствие в 15 млотсутствие в 20 млотсутствиеотсутствие в 30 млPseudomonas aeruginosa отсутствие в 800 млотсутствие в 800 млотсутствие в 900 млотсутствие в 1500 млотсутствие в 1000 млб) вирусологические показатели:КолифагиКОЕ/100 млотсутствие в 800 млотсутствие в 800 млотсутствие в 9000 млотсутствие в 1700 млотсутствие в 1000 млв) паразитарные показатели:Ооцисты криптоспоридийкол-во/50 л22отсутствиеотсутствиеотсутствиеЦисты лямблий-"-11отсутствиеотсутствиеотсутствиеЯйца гельминтов-"-11отсутствиеотсутствиеотсутствие

Таблица 3ПоказателиЕдиницы измеренияПоказатели качества водыКласс опасностиисходнойпри удалении внутренней части замерзшей воды в количестве, мас.%По прототипу44,5512345678а) показатели солевого и газового составаСиликаты (по Si)мг/л14,010,09,010,0122Нитраты (по NO)-"-26,020,05,08,0223Дианиды (по CN^-)-"-0,0450,0350,0330,0350,0402Сероводород (Н₃S)-"-0,0050,0030,0020,0030,00446} токсичные металлы:Алюминий (Al³⁺)мг/л0,330,200,100,180,242Барий (Ba²⁺)-"-1,20,70,10,20,92Берилий(Be²⁺)-"-0,000310,000200,000100,000200,000231Железо (Fe, суммарно)-"-0,380,300,280,290,333Кадмий (Cd, суммарно)-"-0,002100,001000,000900,009400,001601Кобальт (Со, суммарно)-"-0,210,100,080,090,122Литий (Li⁺)-"-0,0410,0300,0280,0290,0362Марганец (Mn, суммарно)мг/л0,0600,0500,0400,0500,0553Медь (Cu, суммарно)-"-1,41,000,900,951,13Молибден (Мо, суммарно)-"-0,0830,0700,0670,0680,0742Натрий (Na⁺)-"-28020020242102Никель (Ni, суммарно)-"-0,0330,020,010,020,0253Ртуть (Hg, суммарно)-"-0,000700,000500,000200,000400,000601Селен (Se, суммарно)-"-0,0260,01000,00900,01000,01702Серебро (Ag⁺)-"-0,0350,0250,00240,00250,0303Свинец (Pb, суммарно)-"-0,0120,0100,0050,0100,0102Стронций (Sr²⁺)-"-8,87,06,86,97,52Сурьма (Sb, суммарно)-"-0,00670,00500,00470,00500,00602Хром (Cr⁶⁺)-"-0,0610,0500,0300,0400,0533Цинк (Zn²⁺)-"-853463в) токсичные неметаллические элементы:Бор (В, суммарно)мг/л0,610,500,300,400,522Мышьяк (As, суммарно)-"-0,0190,0100,0060,0070,0142Озон***-"-0,240,1000,0900,1000,1303г) галогены: г) галогены:Бромид-ионмг/л0,320,200,180,200,262Хлор остаточный связанный-"-0,180,100,090,100,123Хлор остаточный свободный-"-0,090,050,040,050,063д) показатели органического загрязнения:Окисляемость перманганатнаямг O₂/л4,23,02,02,63,5 Аммиак и аммоний-ион-"-0,210,100,050,100,17-Нитриты (по NO₂)-"-0,90000,50000,00500,0090,55002Органический углеродмг/л12105710-Поверхностно-активные вещества (ПАВ), анионоактивные-"-0,0720,0500,0400,0500,062-Нефтепродукты-"-0,070,050,010,030,057-Фенолы летучие (суммарно)мкг/л0,70,50,30,40,54Дибромхлорметан-"-121013119Формальдегид-"-7,25,04,05,06,12Бенз(а)пирен-"-0,00630,00500,00100,00200,00542Дп(2-этилгексил)фталат-"-6,460,10,4572,4-Д-"-1,51,00,80,91,27ДДТ (сумма изомеров)-"-0,70,50,30,40,67Симазим-"-0,30,20,10,20,34е) комплексные показатели токсичности:По NO₂ и NO₃единицы0,510,400,070,090,43-По тригалометанов-"-0,5800,5000,0800,1000,51-

Таблица 4ПоказателиЕдиницы измеренияПоказатели качества водыПо прототипуисходнойпри удалении внутренней части замерзшей воды в количестве мас.%4,04,55,0Микробиологические и паразитологические показателиа) бактериологические показатели:ОМЧ при температуре 37°СКОЕ/мл2324221821ОМЧ при температуре 22°С 12012511092100Общие колиформные бактерииКОЕ/100 млотсутствие в 250 млотсутствие в 250 млотсутствие в 300 млотсутствие в 350 млотсутствие в 320 млТермотолерантные колиформные бактерииКОЕ/100 млотсутствие в 250 млотсутствие в 250 млотсутствие в 300 млотсутствие в 350 млотсутствие в 320 млГлюкозоположительные колиформные бактерииКОЕ/100 млотсутствие в 250 млотсутствие в 250 млотсутствие в 300 млотсутствие в 350 млотсутствие в 320 млСпоры сульфитредуцирующих клостридийКОЕ/100 млотсутствие в 15 млотсутствие в 15 млотсутствие в 20 млотсутствие в 30 млотсутствие в 25 млAspergiliuss nigerКОЕ/100 млотсутствие в 20 млотсутствие в 15 млотсутствие в 20отсутствие в 30 млотсутствие в 30 млPseudomonas aeruginosa отсутствие в 800 млотсутствие в 800 млотсутствие в 1000 млотсутствие в 2000 млотсутствие в 1200 млб) вирусологические показатели:КолифагиКОЕ/100 млотсутствие в 800 млотсутствие в 800 млотсутствие в 1000 млотсутствие в 2000 млотсутствие в 1200 млв) паразитарные показатели:Ооцисты криптоспоридийкол-во/50 л22отсутствиеотсутствиеотсутствиеЦисты лямблий-"-11отсутствиеотсутствиеотсутствиеЯйца гельминтов-"-11отсутствиеотсутствиеотсутствие

Изобретение относится к физической обработке воды и может быть использовано для получения питьевой воды, отвечающей гигиеническим требованиям. Для осуществления способа, включающего замораживание и оттаивание, сначала проводят замораживание до перехода 4-5 мас.% воды в твердую фазу, которую удаляют, а затем оставшуюся часть воды замораживают, подвергая гидродинамической кавитации, до полного перехода в твердую фазу, после чего центральную часть воды в количестве 4-5 мас.% удаляют. Способ обеспечивает повышение степени очистки воды и получение питьевой воды высшей категории. 4 табл.

Способ очистки воды, включающий замораживание и оттаивание, отличающийся тем, что замораживание сначала проводят до перехода 4-5 мас.% воды в твердую фазу, которую удаляют, а оставшуюся часть воды замораживают, подвергая гидродинамической кавитации, до полного перехода в твердую фазу, после чего центральную часть воды удаляют в количестве 4-5 мас.%.